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Verfahren und Vorrichtung zum Reduzieren von Erzen durch unmittelbare Einwirkung leicht spalt- barer Kohlenwasserstoffe auf das erhitzte Gut.
Die Erhitzung von metallurgischen Öfen, z. B. Reduktionskammern, Metallschmelzöfen, Kupol- öfen, Darröfen od. dgl. erfolgt bekanntlich durch Beschicken derselben mit Koks, Ölen oder andern Stoffen, die auch chemische Vorgänge, wie Reduktion, Kohlung usw., bewirken. Insbesondere werden bei festen oder drehbaren Reduktionskammern gewöhnlich Ölbrenner zur Erhitzung verwendet, die das Brennöl mittels Druckluft in die Kammer einspritzen. Um die Reduktionstemperatur in einer solchen Kammer zu erreichen und aufrechtzuerhalten, ist bekanntlich ein Luftüberschuss erforderlich, der aber gerade in Reduktionskammern von Nachteil ist, da er das bereits reduzierte Metall neuerlich oxydiert und so den Reduktionsprozess teilweise rückgängig macht.
Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reduzieren von Erzen durch unmittelbare Einwirkung leicht spaltbarer Kohlenwasserstoffe auf das durch Verbrennung der gas-
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und die zur Verbrennung der brennbaren Spaltprodukte dennoch nötige Luft erfindungsgemäss derart eingeführt, dass sie den Reduktionsprozess nicht beeinträchtigen kann.
Die durch Erhitzung der Reduktionskammer oder des Ofens bewirkte Reduktion zerfällt der Reihe nach in folgende Teilvorgänge : Die Einführung eines Kohlenwasserstoffes oder eines solche enthaltenden Stoffes mit Hilfe einer wassergekühlten FördervolTichtung, hierauf die Spaltung des Kohlenwasserstoffes in naszierenden Kohlenstoff und andere brennbare Spaltprodukte. Diese Spaltung des Kohlenwasserstoffes kommt durch seinen Kontakt mit dem auf Reduktionstemperatur vorerhitzten Gut zustande, wobei der naszierende Kohlenstoff die Reduktion der Erze, Oxyde od. dgl. besorgt. Endlich erfolgt die Verbrennung der andern brennbaren Spaltprodukte mit Hilfe von getrennt in die Spaltzone eingeführter Luft, wodurch die Reduktionstemperatur aufrechterhalten wird.
Die Zeichnung stellt beispielsweise Reduktionskammern als Ausführungsformen von Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung dar.
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Reinigungsvorrichtung für die Zuführungsstutzen nach Fig. 2, Fig. 5 einen senkrechten Querschnitt durch den Hohlträger mit den Zuführungsrohren für Kohlenwasserstoffe und einem Zuführungsstutzen
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Reduktionskammer nach Fig. 1, Fig. 7 einen Querschnitt durch eine Reduktionskammer mit den Rohrstutzen zur Einführung der Verbrennungsluft und Fig. 8 ein Ende einer Reduktionskammer oder eines andern metallurgischen Ofens im Längsschnitt mit eingebauter Vorwärmevorrichtung.
Die Reduktionskammer ist als drehbares Rohr 1 mit Öffnungen 2 und 3 an dessen Enden aus-
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Das Beschicken der Reduktionskammer mit dem der Länge nach in der Kammer aufgeschütteten Gut 5 erfolgt durch die Öffnung 2 mit Hilfe einer abscl1iissigen Rinne 6, eines beispielsweise waagrechten oder annähernd waagrechten Verbindungsrohres 7 und einer Förderschnecke 8 od. dgl. Diese Beschickungsvorrichtung ragt durch einen von einem Wassermantel umgebenen Turm 9, der bekanntlich zur Kon-
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densation der Metalldämpfe und zu deren Trennung von den übrigen gasförmigen Reduktionsprodukten dient.
Zweckmässig durch die Mitte der Redu1. -tionskammer erstreckt sich, in deren Längsrichtung, ein Hohlträger 10, dessen Enden von Stutzen 11 und 12 getragen werden. Durch diesen Hohlträger strömt beständig Wasser, das ihm an einem Ende durch ein Rohr 13 zugeführt, am andern Ende durch ein Ausflussrohr 14 in das Innere des Kondensationsturmes 9 geleitet wird.
In Abständen voneinander und radial zur Achse des Hohlträgers 10 befinden sich Rohrstutzen, deren jeder ein vergleichsweise enges, inneres Rohr 15 aufweist, das mittels der dasselbe in Abstand umschliessenden und bis an sein Ende reichenden Rohre 16 und 17 als Wassermantel gekühlt wird. Das Rohr 17 umschliesst das Rohr JJ vollständig (Fig. 2). Das Innere des Rohres 16 ist mit dem Inneren des Hohlträgers 10 durch eine Einlassöffnung 16a, das Innere des äusseren Rohres 17 durch eine Ausflussöffnung 17a verbunden. Das Wasser fliesst nun aus dem Inneren des Hohlträgers. 10 durch die freien Räume zwischen den konzentrischen Rohren 16 und 17 in der durch Pfeile angedeuteten Richtung (Fig. 2).
Das innere Rohr 15 wird derart ständig verhältnismässig kühl gehalten. Überdies ist auch das äussere Rohr 17 von einem eine beliebige Packung 19 enthaltenden Gehäuse 18 umschlossen.
Die Innenrohre 15 der Stutzen, die offen in die Reduktionskammer ragen, dienen zum Beschicken derselben mit einem bei Erhitzung leicht spaltbaren, verhältnismässig gut gekühlten, flüssigen Kohlenwasserstoff, zu welchem Zm ecke jedes Innenrohr 7J an seinem inneren Ende an ein eigenes Zuführungs- rohr 20 angeschlossen ist, deren jedes durch den Wasserraum im Inneren des Hohlträgers 10, parallel zu dessen Längsachse, reicht. Diese Zuführungsrohre 20 durchdringen den (in Fig. 1) linken Endverschluss des Hohlträgers 10 und sind an ihren ausserhalb der Reduktionskammer befindliehen Enden mit Einlassrohren 21 versehen, die mit dem Hauptbehälter für den Kohlenwasserstoff verbunden sind.
Die wassergekühlten Zuführungsstutzen für die Kohlenwasserstoffe reichen vorzugsweise unter einem von der Senkrechten abweichenden Winkel in die Reduktionskammer (Fig. 5), so dass ihre Auslässe während der Umdrehung der Reduktionskammer immer von der Erzmasse od. dgl. bedeckt sind.
Um die Auslässe der Rohre 15 gegen Verstopfung durch Koks, Verrussung od. dgl. zu schützen, sind darin beispielsweise Stössel 22 vorgesehen, die durch die Mitte jedes solchen Rohres reichend, z. B. mittels Kurbeltriebes 23 periodisch hin und her bewegt werden, der durch eine in der Längsrichtung jedes Zuführungsrohres 20 angeordnete Stange 24 betätigt werden kann, wenn die Stange 24 von ihrem äusseren Ende 25 her in Drehschwingungen oder teilweise Umdrehung versetzt wird.
Auch der wassergekiihlte Hohlträger kann gegen die unmittelbare Wärmestrahlung der Reduktionkammer durch einen Mantel 26 und eine zwischen diesem und dem Hohlträger angeordnete wärme- isolierende Packung geschützt werden.
Mit Hilfe dieser Vorrichtung wird ein flüssiger, leicht spaltbarer Kohlenwasserstoff in wirksamen Kontakt mit dem auf seine Reduktionstemperatur erhitzten Gut gebracht. Infolge des Kontaktes des verhältnismässig kühlen Kohlenwasserstoffes mit dem erhitzten Erz od. dgl. wird der Kohlenwasserstoff an Ort und Stelle gespalten und Kohlenstoff in seiner wirksamsten Modifikation, nämlich als atomischer, naszierender Kohlenstoff erzeugt, der die Reduktion des Erzes od. dgl. bewirkt.
Beim Spalten der Kohlenwasserstoffe entstehen überdies brennbare Gase, die erfindungsgemäss zur weiteren Erhitzung der Erze, Oxyde od. dgl. und zum Aufrechterhalten der Reduktionstemperatur verwertet werden. Dies geschieht durch in die Reduktionskammer in unmittelbare Nachbarschaft der Spaltzone geleitete Luft, deren Menge gerade ausreicht, um vollständige Verbrennung der brennbaren
Gase zu bewerkstelligen, ohne eine oxydierende Atmosphäre in der Reduktionskammer zu erzeugen.
Bei der Anordnung nach den Fig. 1-5 und 7 wird diese Luft durch Rohre 28, welche die Wand der als Drehrohr ausgebildeten Reduktionskammer radial durchdringen, in dieselbe geleitet. Da es wichtig ist, diese Luft von der erhitzten Erzmasse fernzuhalten, ist das ausserhalb des Drehrohres befindliehe Ende jedes der Rohre 28 mit einem Selbstsehlussventil 29 versehen, deren jedes als an einem Seharniergelenk 30 hängende Klappe ausgebildet ist und dessen Öffnung durch einen Ansehlag 31 begrenzt wird. Diese Ventile arbeiten selbsttätig unter der Wirkung ihres Eigengewichtes und jedes derselben bleibt so lange geschlossen, bis die Umdrehung des Drehrohres das zugehörige Rohr 28 in solche Lage bringt, dass seine Austrittsöffnung durch das zu reduzierende Gut reicht (Fig. 7).
In dieser Rohrlage öffnet sich das Ventil selbsttätig, gestattet der Luft einzutreten und befördert durch seine Lage gegenüber den Einlass- öffnungen für den Kohlenwasserstoff die Verbrennung der bei dessen Spaltung an Ort und Stelle entwickelten brennbaren Gase. Während des restlichen Teiles einer Umdrehung hingegen bleibt das Ventil 29 geschlossen.
Bei einer andern Ausführungsform der Erfindung wird die Luft durch verschieden lange Rohre 32 eingeführt, deren Längsachse zu der der Reduktionskammer parallel ist (Fig. 6). Da die Öffnungen dieser Rohre derart angeordnet sind, dass die Luft beim Einströmen von der Erzmasse wegstreicht, ist hier das Anbringen besonderer Ventile überflüssig.
Um die Vorerhitzung des Kammerinneren durchzuführen, ist beispielsweise ein gewöhnlicher Ölbrenner 33 an einem Ende der Kammer oder des Ofens vorgesehen (Fig. 8). Ist die gewünschte Temperatur erreicht, dann wird der Brenner abgestellt und der flüssige Kohlenwasserstoff durch das wassergekühIte Rohr 34 eingeführt. Sobald das Öl das Ende dieses Rohres verlässt, wird es unter Bildung
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brennbarer Dämpfe gespalten. Diese Dämpfe werden mit Hilfe der durch das Lufteinlassrohr eintretenden Luft verbrannt. Wird die Kammer als Erzreduktionskammer verwendet, dann ist das wassergekühlte
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innerhalb der Reduktionskammer oder des Ofens einnehmen zu können.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Reduzieren von Erzen durch unmittelbare Einwirkung leicht spaltbarer Kohlen- wasserstoffe auf das erhitzte Gut, dadurch gekennzeichnet, dass dem Reduktionsraum an einer oder mehreren Stellen Verbrennungsluft in einer Menge zugeführt wird, die gerade ausreicht, die gasförmigen
Spaltprodukte der Kohlenwasserstoffe ohne Rückoxydation des reduzierten Gutes zu verbrennen.
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Method and device for reducing ores through the direct action of easily fissile hydrocarbons on the heated material.
The heating of metallurgical furnaces, e.g. B. reduction chambers, metal smelting furnaces, cupola furnaces, drying furnaces or the like is known to occur by charging the same with coke, oils or other substances that also cause chemical processes such as reduction, carbonization, etc. In particular, in fixed or rotatable reduction chambers, oil burners are usually used for heating, which inject the fuel oil into the chamber by means of compressed air. In order to reach and maintain the reduction temperature in such a chamber, an excess of air is known to be necessary, but this is a disadvantage especially in reduction chambers, since it re-oxidizes the already reduced metal and thus partially reverses the reduction process.
The invention now relates to a method and a device for reducing ores by the direct action of easily fissile hydrocarbons on the gas caused by combustion
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and the air which is still necessary for the combustion of the combustible fission products is introduced according to the invention in such a way that it cannot impair the reduction process.
The reduction brought about by heating the reduction chamber or the furnace is broken down into the following sub-processes: The introduction of a hydrocarbon or a substance containing it with the aid of a water-cooled conveyor, followed by the splitting of the hydrocarbon into nascent carbon and other combustible fission products. This splitting of the hydrocarbon comes about through its contact with the material preheated to the reduction temperature, the nascent carbon taking care of the reduction of the ores, oxides or the like. Finally, the other combustible fission products are burned with the aid of air introduced separately into the fission zone, whereby the reduction temperature is maintained.
The drawing shows, for example, reduction chambers as embodiments of devices for performing the method according to the invention.
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Cleaning device for the feed connection according to FIG. 2, FIG. 5 shows a vertical cross section through the hollow support with the feed pipes for hydrocarbons and a feed connection
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Reduction chamber according to FIG. 1, FIG. 7 shows a cross section through a reduction chamber with the pipe socket for the introduction of the combustion air and FIG. 8 shows an end of a reduction chamber or another metallurgical furnace in longitudinal section with built-in preheating device.
The reduction chamber is designed as a rotatable tube 1 with openings 2 and 3 at its ends.
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The reduction chamber is charged with the material 5 heaped lengthwise in the chamber through the opening 2 with the aid of a complete channel 6, for example a horizontal or approximately horizontal connecting pipe 7 and a screw conveyor 8 or the like. This charging device protrudes through one of one Tower 9 surrounded by a water jacket, which is known to
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densation of the metal vapors and their separation from the other gaseous reduction products.
Appropriately through the middle of the Redu1. -tionskammer extends, in the longitudinal direction, a hollow beam 10, the ends of which are supported by connecting pieces 11 and 12. Water flows constantly through this hollow carrier, which is fed to it at one end through a pipe 13 and at the other end through an outflow pipe 14 into the interior of the condensation tower 9.
At a distance from each other and radially to the axis of the hollow beam 10 are pipe sockets, each of which has a comparatively narrow, inner pipe 15 which is cooled by means of the pipes 16 and 17 which surround the same and reach to its end as a water jacket. The tube 17 completely surrounds the tube JJ (FIG. 2). The interior of the tube 16 is connected to the interior of the hollow beam 10 through an inlet opening 16a, the interior of the outer tube 17 through an outflow opening 17a. The water now flows from the interior of the hollow beam. 10 through the free spaces between the concentric tubes 16 and 17 in the direction indicated by arrows (FIG. 2).
The inner tube 15 is kept relatively cool in this way. In addition, the outer tube 17 is also enclosed by a housing 18 containing any packing 19.
The inner tubes 15 of the nozzles, which protrude openly into the reduction chamber, are used to feed the same with a relatively well-cooled, liquid hydrocarbon that can easily be split when heated, for which purpose each inner tube 7J is connected at its inner end to its own supply tube 20 each of which extends through the water space inside the hollow beam 10, parallel to its longitudinal axis. These feed pipes 20 penetrate the (in FIG. 1) left end closure of the hollow beam 10 and are provided at their ends located outside the reduction chamber with inlet pipes 21 which are connected to the main container for the hydrocarbon.
The water-cooled feed nozzles for the hydrocarbons preferably extend into the reduction chamber (FIG. 5) at an angle deviating from the vertical, so that their outlets are always covered by the ore mass or the like during the rotation of the reduction chamber.
In order to protect the outlets of the tubes 15 against clogging by coke, soot or the like, plungers 22 are provided therein, for example, which reach through the center of each such tube, e.g. B. are periodically moved back and forth by means of a crank mechanism 23, which can be actuated by a rod 24 arranged in the longitudinal direction of each feed pipe 20 when the rod 24 is rotated or partially rotated from its outer end 25.
The water-cooled hollow beam can also be protected from the direct thermal radiation of the reduction chamber by a jacket 26 and a heat-insulating packing arranged between this and the hollow beam.
With the help of this device, a liquid, easily cleavable hydrocarbon is brought into effective contact with the material heated to its reduction temperature. As a result of the contact of the relatively cool hydrocarbon with the heated ore or the like, the hydrocarbon is split on the spot and carbon in its most effective modification, namely as atomic, nascent carbon, which causes the reduction of the ore or the like.
When the hydrocarbons are cracked, flammable gases are also produced which, according to the invention, are used for further heating of the ores, oxides or the like and for maintaining the reduction temperature. This is done by means of air that is directed into the reduction chamber in the immediate vicinity of the cleavage zone, the amount of which is just sufficient to completely burn the combustible
To accomplish gases without creating an oxidizing atmosphere in the reduction chamber.
In the arrangement according to FIGS. 1-5 and 7, this air is passed into the same through tubes 28 which radially penetrate the wall of the reduction chamber designed as a rotary tube. Since it is important to keep this air away from the heated ore mass, the end of each of the tubes 28 located outside the rotary tube is provided with a self-closing valve 29, each of which is designed as a flap hanging on a hinge joint 30 and the opening of which is limited by a stop 31 . These valves work automatically under the effect of their own weight and each of them remains closed until the rotation of the rotary tube brings the associated tube 28 into such a position that its outlet opening extends through the material to be reduced (FIG. 7).
In this pipe position, the valve opens automatically, allows air to enter and, thanks to its position opposite the inlet openings for the hydrocarbon, promotes the combustion of the combustible gases developed on the spot when it is split. During the remaining part of a revolution, however, the valve 29 remains closed.
In another embodiment of the invention, the air is introduced through tubes 32 of different lengths, the longitudinal axis of which is parallel to that of the reduction chamber (FIG. 6). Since the openings of these pipes are arranged in such a way that the air flows away from the ore mass as it flows in, the installation of special valves is superfluous.
In order to carry out the preheating of the interior of the chamber, for example an ordinary oil burner 33 is provided at one end of the chamber or the furnace (FIG. 8). Once the desired temperature has been reached, the burner is switched off and the liquid hydrocarbon is introduced through the water-cooled pipe 34. As soon as the oil leaves the end of this tube, it is forming
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split flammable vapors. These vapors are burned with the help of the air entering through the air inlet pipe. If the chamber is used as an ore reduction chamber, it is water-cooled
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to be able to take inside the reduction chamber or the furnace.
PATENT CLAIMS:
1. A method for reducing ores by the direct action of easily fissile hydrocarbons on the heated material, characterized in that the reduction chamber is supplied with combustion air in an amount that is just sufficient, the gaseous one at one or more points
Burn the decomposition products of the hydrocarbons without reoxidizing the reduced material.